1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : التفاضل و التكامل :

Jacobi Triple Product

المؤلف:  Andrews, G. E

المصدر:  q-Series: Their Development and Application in Analysis, Number Theory, Combinatorics, Physics, and Computer Algebra. Providence, RI: Amer. Math. Soc.

الجزء والصفحة:  ...

29-9-2019

3480

Jacobi Triple Product

 

The Jacobi triple product is the beautiful identity

 

(1)

In terms of the Q-functions, (1) is written

 Q_1Q_2Q_3=1,

(2)

which is one of the two Jacobi identities. In q-series notation, the Jacobi triple product identity is written

(3)

for 0<|q|<1 and x!=0 (Gasper and Rahman 1990, p. 12; Leininger and Milne 1999). Another form of the identity is

(4)

(Hirschhorn 1999).

Dividing (4) by 1-a and letting a->1 gives the limiting case

(q,q)_infty^3 = sum_(n=0)^(infty)(-1)^n(2n+1)q^(n(n+1)/2)

(5)

= 1/2sum_(n=-infty)^(infty)(-1)^n(2n+1)q^(n(n+1)/2)

(6)

(Jacobi 1829; Hardy and Wright 1979; Hardy 1999, p. 87; Hirschhorn 1999; Leininger and Milne 1999).

For the special case of z=1, (◇) becomes

theta_3(x) = G(1)

(7)

= product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1))^2(1-x^(2n))

(8)

= sum_(m=-infty)^(infty)x^(m^2)

(9)

= 1+2sum_(m=1)^(infty)x^(m^2),

(10)

where theta_3(x) is a Jacobi elliptic function. In terms of the two-variable Ramanujan theta function f(a,b), the Jacobi triple product is equivalent to

 f(a,b)=(-a;ab)_infty(-b;ab)_infty(ab;ab)_infty

(11)

(Berndt et al. 2000).

One method of proof for the Jacobi identity proceeds by defining the function

F(z) = product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1)z^2)(1+(x^(2n-1))/(z^2))

(12)

= (1+xz^2)(1+x/(z^2))(1+x^3z^2)(1+(x^3)/(z^2))(1+x^5z^2)(1+(x^5)/(z^2))....

(13)

Then

F(xz) = (1+x^3z^2)(1+1/(xz^2))(1+x^5z^2)(1+x/(z^2))×(1+x^7z^2)(1+(x^3)/(z^2))....

(14)

Taking (14) ÷ (13),

(F(xz))/(F(z)) = (1+1/(xz^2))(1/(1+xz^2))

(15)

= (xz^2+1)/(xz^2)1/(1+xz^2)=1/(xz^2),

(16)

which yields the fundamental relation

 xz^2F(xz)=F(z).

(17)

Now define

 G(z)=F(z)product_(n=1)^infty(1-x^(2n))

(18)

 G(xz)=F(xz)product_(n=1)^infty(1-x^(2n)).

(19)

Using (17), (19) becomes

G(xz) = (F(z))/(xz^2)product_(n=1)^(infty)(1-x^(2n))

(20)

= (G(z))/(xz^2),

(21)

so

 G(z)=xz^2G(xz).

(22)

Expand G in a Laurent series. Since G is an even function, the Laurent series contains only even terms.

 G(z)=sum_(m=-infty)^inftya_mz^(2m).

(23)

Equation (22) then requires that

sum_(m=-infty)^(infty)a_mz^(2m) = xz^2sum_(m=-infty)^(infty)a_m(xz)^(2m)

(24)

= sum_(m=-infty)^(infty)a_mx^(2m+1)z^(2m+2).

(25)

This can be re-indexed with  on the left side of (25)

 sum_(m=-infty)^inftya_mz^(2m)=sum_(m=-infty)^inftya_mx^(2m-1)z^(2m),

(26)

which provides a recurrence relation

 a_m=a_(m-1)x^(2m-1),

(27)

so

a_1 = a_0x

(28)

a_2 = a_1x^3=a_0x^(3+1)=a_0x^4=a_0x^(2^2)

(29)

a_3 = a_2x^5=a_0x^(5+4)=a_0x^9=a_0x^(3^2).

(30)

The exponent grows greater by (2m-1) for each increase in m of 1. It is given by

 sum_(n=1)^m(2m-1)=2(m(m+1))/2-m=m^2.

(31)

Therefore,

 a_m=a_0x^(m^2).

(32)

This means that

 G(z)=a_0sum_(m=-infty)^inftyx^(m^2)z^(2m).

(33)

The coefficient a_0 must be determined by going back to (◇) and (◇) and letting z=1. Then

F(1) = product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1))(1+x^(2n-1))

(34)

= product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1))^2

(35)

G(1) = F(1)product_(n=1)^(infty)(1-x^(2n))

(36)

= product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1))^2product_(n=1)^(infty)(1-x^(2n))

(37)

= product_(n=1)^(infty)(1+x^(2n-1))^2(1-x^(2n)),

(38)

since multiplication is associative. It is clear from this expression that the a_0 term must be 1, because all other terms will contain higher powers of x. Therefore,

 a_0=1,

(39)

so we have the Jacobi triple product,

G(z) = product_(n=1)^(infty)(1-x^(2n))(1+x^(2n-1)z^2)(1+(x^(2n-1))/(z^2))

(40)

= sum_(m=-infty)^(infty)x^(m^2)z^(2m).

(41)


REFERENCES:

Andrews, G. E. q-Series: Their Development and Application in Analysis, Number Theory, Combinatorics, Physics, and Computer Algebra. Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 63-64, 1986.

Bailey, D. H.; Borwein, J. M.; Calkin, N. J.; Girgensohn, R.; Luke, D. R.; and Moll, V. H. Experimental Mathematics in Action. Wellesley, MA: A K Peters, p. 222, 2007.

Berndt, B. C.; Huang, S.-S.; Sohn, J.; and Son, S. H. "Some Theorems on the Rogers-Ramanujan Continued Fraction in Ramanujan's Lost Notebook." Trans. Amer. Math. Soc. 352, 2157-2177, 2000.

Borwein, J. M. and Borwein, P. B. "Jacobi's Triple Product and Some Number Theoretic Applications." Ch. 3 in Pi & the AGM: A Study in Analytic Number Theory and Computational Complexity. New York: Wiley, pp. 62-101, 1987.

Foata, D. and Han, G.-N. "The Triple, Quintuple and Septuple Product Identities Revisited." In The Andrews Festschrift (Maratea, 1998): Papers from the Seminar in Honor of George Andrews on the Occasion of His 60th Birthday Held in Maratea, August 31-September 6, 1998. Sém. Lothar. Combin. 42, Art. B42o, 1-12, 1999 (electronic).

Gasper, G. and Rahman, M. Basic Hypergeometric Series. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1990.

Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, 1999.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, 1979.

Hirschhorn, M. D. "Another Short Proof of Ramanujan's Mod 5 Partition Congruences, and More." Amer. Math. Monthly 106, 580-583, 1999.

Jacobi, C. G. J. Fundamenta Nova Theoriae Functionum Ellipticarum. Königsberg, Germany: Regiomonti, Sumtibus fratrum Borntraeger, p. 90, 1829.

Leininger, V. E. and Milne, S. C. "Expansions for (q)_infty^(n^2+n) and Basic Hypergeometric Series in U(n)." Discr. Math. 204, 281-317, 1999.

Whittaker, E. T. and Watson, G. N. A Course in Modern Analysis, 4th ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 470, 1990.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي